Un equipo de investigadores, bajo la dirección de Yongwin Wang de la Universidad de Nanjing de China, ha alcanzado un importante avance en el campo de las redes de comunicación móviles a través de la luz.
El equipo ha desarrollado un innovador prototipo de red que emplea exclusivamente la luz para la transmisión de datos, prometiendo una conectividad ininterrumpida a través de ambientes terrestres, aéreos y submarinos, incluso cuando los nodos de la red están en movimiento.
“Nuestro nuevo sistema de comunicación inalámbrica Todo-Luz podría permitir la conectividad continua para nodos móviles esenciales como drones, vehículos y barcos. Esto podría transformar la forma en que operan las redes móviles”, explica Wang.
“Nuestra red inalámbrica Todo-Luz combina diferentes fuentes de luz para garantizar una conectividad ininterrumpida, al mismo tiempo que alinea dinámicamente las rutas ópticas entre los nodos en movimiento. Esto permite la transmisión de datos bidireccional en tiempo real, asegurando una comunicación estable y el intercambio de datos dentro y entre las redes, independientemente del entorno”, detalla Yongwin Wang.
Un salto hacia la conectividad ininterrumpida
En la próxima generación de tecnología 6G, se prevé el desarrollo de una red integrada con conectividad global que abarcará entornos terrestres, espaciales y submarinos. Dentro de este avanzado marco, la comunicación mediante luz va a desempeñar un papel crucial.
Diferentes longitudes de onda de luz presentan comportamientos de propagación únicos en distintos medios, como el agua, la tierra y el espacio, lo que permite extender la comunicación óptica a entornos desafiantes. Por ejemplo, la luz ultravioleta profunda se utiliza para la comunicación óptica «solar-blind», evitando la interferencia del ruido solar. La luz azul-verde, que viaja más lejos bajo el agua debido a su menor absorción, es ideal para comunicación submarina. Por su parte, los láseres infrarrojos, con menor dispersión y alta tasa de penetración en la atmósfera, son preferidos para comunicaciones terrestres y espaciales.
Por lo tanto, la comunicación Todo-Luz, capaz de transmitir y recibir datos en cualquier entorno, promete unificar completamente el espacio, el aire y el agua a través de diferentes tipos de fuentes de luz para una conectividad perfecta.
Hacia una red de comunicación Todo-Luz
Para construir una red de comunicación eficaz que funcione en entornos espaciales, aéreos y acuáticos, es crucial utilizar una variedad de tecnologías de transmisión de luz diseñadas para facilitar un enlace inalámbrico bidireccional, optimizado para nodos de comunicación móviles. Específicamente, para lograr una transmisión de luz bidireccional efectiva entre nodos de red móviles en ambientes aéreos y submarinos, es imprescindible mantener una alineación óptica precisa entre los diferentes sistemas de comunicación. Esta alineación dinámica de la trayectoria óptica es, por tanto, esencial para sostener una comunicación móvil full-duplex constante y efectiva
Los investigadores, partiendo de experimentos anteriores en que se consigue una comunicación Todo-Luz basada en nodos de comunicación fijos, han logrado resolver el difícil problema de la alineación dinámica de la trayectoria óptica para lograr una comunicación de luz móvil full-duplex. En concreto, el equipo logró desarrollar dos prototipos de comunicación que, montados en vehículos en movimiento, lograron establecer una transmisión de luz bidireccional efectiva a través de entornos acuáticos y aéreos.
“Nuestra red inalámbrica Todo-Luz combina diferentes fuentes de luz para garantizar una conectividad ininterrumpida, al mismo tiempo que alinea dinámicamente las rutas ópticas entre los nodos en movimiento. Esto permite la transmisión de datos bidireccional en tiempo real, asegurando una comunicación estable y el intercambio de datos dentro y entre las redes, independientemente del entorno”, detalla Yongwin Wang.
En concreto, el nuevo sistema combina la comunicación móvil mediante luz verde, operando bajo el esquema del protocolo de control de transmisión y protocolo de Internet (TCP/IP), con la comunicación láser azul para facilitar el intercambio de datos entre vehículos submarinos. Además, se ha implementado un sistema de comunicación de luz ultravioleta profunda, diseñado para la transmisión de datos inalámbrica que evita la interferencia de la radiación solar, junto con un sistema de comunicación de diodo láser de 850 nm para la recepción de datos. Todos estos sistemas están interconectados en serie mediante conmutadores Ethernet, proporcionando acceso a diversas terminales, incluyendo sensores y ordenadores personales, asegurando una red de comunicación cohesiva y eficiente.
Para conseguir la alineación óptica, los investigadores construyeron un módulo de identificación de imágenes y un módulo de comunicación de luz dúplex completo que se empaquetan juntos y se fijan en un estabilizador de cardán de tres ejes.
El módulo de identificación de imágenes captura imágenes de la luz que proviene de los otros sistemas de comunicación y proporciona señales de retroalimentación en tiempo real para controlar el estabilizador de cardán de tres ejes. Esto permite que la configuración mantenga dinámicamente la alineación de la ruta óptica entre los dos extremos de la comunicación de luz, haciendo posible la transmisión de datos bidireccionales móviles bajo el esquema TCP/IP. Los investigadores también desarrollaron una arquitectura de red de mapeo completa para permitir un flujo de datos fluido y equilibrado entre todos los nodos, asegurando la transmisión de datos bidireccional en tiempo real para que la información pueda enviarse y recibirse simultáneamente sin retrasos o pérdida de datos.
Resultados obtenidos y futuros desarrollos
Durante las pruebas realizadas tanto en un césped al aire libre durante la noche y bajo la luz del sol, como en un tanque de agua interior, los investigadores lograron demostrar la efectividad de la transmisión de luz bidireccional entre nodos de red móvil en entornos aéreos y submarinos. El sistema alcanzó un ancho de banda de modulación de hasta 4 Mbps, velocidad más que adecuada para la transmisión de video y audio. Además, fue capaz de transmitir comunicaciones de video de manera fluida en ambos entornos y proporcionar acceso a internet mediante un módem Wi-Fi.
En próximos desarrollos los investigadores quieren establecer una red de comunicación Todo-Lux que fusione modos cableados con nodos móviles inalámbricos y fijos y fuentes de luz con diferentes longitudes de onda. También les gustaría eventualmente combinar la comunicación móvil totalmente ligera con tecnologías de comunicación de radio, sonar y gas para establecer una futura red de comunicación.
Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:
https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-26-46599&id=565202
Imagen de portada: Imagen generada por IA – Dall-E
